Künstliche, gelbasierte Organellen für die räumliche Organisation von zellfreien Genexpressionsreaktionen

Gelbasierte, künstliche Organellen wurden entwickelt, die die sequenzspezifische und programmierbare Lokalisation zellfreier Transkriptions‐ und Translationsreaktionen innerhalb eines künstlichen zellulären Systems ermöglichen. Dazu wurden Agarose‐Mikrogele genutzt, die kovalent mit DNA‐Templaten modifiziert wurden, die für verschiedene Funktionen codieren, und diese wiederum in Emulsionströpfchen eingeschlossen. Von Transkriptionsorganellen transkribierte RNA‐Signale können spezifisch, durch Hybridisierung mit entsprechenden DNA‐Adressmolekülen, von Zielorganellen eingefangen werden. mRNA‐Moleküle mit Toehold‐Switch‐Riboregulatoren, die von Transkriptionsorganellen produziert werden, werden nur in Translationsorganellen exprimiert, die den entsprechenden DNA‐Trigger für den Riboregulator enthalten. Die räumliche Beschränkung von Transkription und Translation auf getrennte Organellen ähnelt damit der Genexpression in eukaryotischen Zellen. Die Kombination kommunizierender Gelkügelchen mit spezialisierten Funktionen eröffnet die Möglichkeit der Programmierung künstlicher zellulärer Systeme auf Organell‐Ebene.